Actinobacillus pleuropneumoniae induces SJPL cell cycle arrest in G2/M-phase and inhibits porcine reproductive and respiratory syndrome virus replication

Background: Porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) is one of the most important pathogens in the swine industry and causes important economic losses. No effective antiviral drugs against it are commercially available. We recently reported that the culture supernatant of Actinobacillus pleuropneumoniae, the porcine pleuropneumonia causative agent, has an antiviral activity in vitro against PRRSV in SJPL cells. Objectives of this study were (i) to identify the mechanism behind the antiviral activity displayed by A. pleuropneumoniae and (ii) to characterize the active molecules present in the bacterial culture supernatant. Methods: Antibody microarray analysis was used in order to point out cellular pathways modulated by the A. pleuropneumoniae supernatant. Subsequent, flow cytometry analysis and cell cycle inhibitors were used to confirm antibody microarray data and to link them to the antiviral activity of the A. pleuropneumoniae supernatant. Finally, A. pleuropneumoniae supernatant characterization was partially achieved using mass spectrometry. Results: Using antibody microarray, we observed modulations in G2/M-phase cell cycle regulation pathway when SJPL cells were treated with A. pleuropneumoniae culture supernatant. These modulations were confirmed by a cell cycle arrest at the G2/M-phase when cells were treated with the A. pleuropneumoniae culture supernatant. Furthermore, two G2/M-phase cell cycle inhibitors demonstrated the ability to inhibit PRRSV infection, indicating a potential key role for PRRSV infection. Finally, mass spectrometry lead to identify two molecules (m/z 515.2 and m/z 663.6) present only in the culture supernatant. Conclusions: We demonstrated for the first time that A. pleuropneumoniae is able to disrupt SJPL cell cycle resulting in inhibitory activity against PRRSV. Furthermore, two putative molecules were identified from the culture supernatant. This study highlighted the cell cycle importance for PRRSV and will allow the development of new prophylactic or therapeutic approaches against PRRSV.

Identification of a new cell line permissive to porcine reproductive and resporatory syndrome virus replication

Le syndrome reproducteur et respiratoire porcin (SRRP) est une des maladies les plus dévastatrices économiquement pour l'industrie mondiale du porc. L'agent étiologique du SRRP est le virus du SRRP (VSRRP) lequel est connu pour avoir une spécificité d'hôte très restreinte et pour sa transmission par voie aerosol. Les antigènes et les ARN du VSRRP ont été trouvés dans des cellules épithéliales du tractus respiratoire de porcs infectés par le virus. L’interaction entre les macrophages alvéolaires porcins (PAMs) et le VSRRP a été démontrée comme jouant un rôle important dans l’infection causée par le virus. Malgré cela, l’interaction prenant place entre les cellules épithéliales du tractus respiratoire porcin et le virus ne devrait pas être négligée. Jusqu’à présent, la réplication du VSRRP in vitro dans des cellules épithéliales du tractus respiratoire porcin n’a pas été conduite avec succès et les tentatives pour le faire ont échoué. Une nouvelle lignée de cellules épithéliales de poumon de porc (SJPL) est maintenant disponible et sera utilisée dans cette étude afin de déterminer si elle est permissive à la réplication du VSRRP et si elle peut être un modèle approprié pour l’étude de la pathogénèse virale du VSRRP. L’expérimentation a démontré que cette nouvelle lignée cellulaire était permissive à l’infection et à la réplication du VSRRP. Afin de corroborer ces résultats, la cinétique de réplication du virus à été effectuée avec les cellules MARC-145 et SJPL. Aucune différence significative dans la production virale totale n’a été trouvée entre les deux lignées cellulaires. Les cellules SJPL ont permis la réplication de plusieurs souches Nord-Américaines du VSRRP, quoiqu’elles sont légèrement moins efficaces que les cellules MARC-145 pour l’isolement du virus. De plus, les cellules SJPL sont phénotypiquement différentes des cellules MARC-145. Plus précisément, les cellules SJPL sont plus sensibles à l’activation par le VSRRP des pro-caspases 3/7 et plusieurs inducteurs apoptotiques. Elles ont également montré de 8 à 16 fois plus de sensibilité à l’effet antiviral causé par l’IFN-α sur la réplication du virus contrairement aux cellules MARC-145. Ces résultats démontrent que les cellules SJPL pourraient représenter un substitut intéressant aux cellules MARC-145 pour la production d’antigènes pour un vaccin anti-VSRRP. Également, dû à leurs origines (poumon de l’hôte naturel), elles pourraient s’avérer être un modèle in vitro plus approprié pour l’étude de la pathogénèse du VSRRP.

Modèles cellulaires pour étudier les interactions entre Actinobacillus pleuropneumoniae et le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin

Durant une infection pulmonaire, les porcs sont souvent infectés par plus d’un microorganisme. Actinobacillus pleuropneumoniae et le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (VSRRP) sont des pathogènes qui peuvent infecter de manière simultanée les porcs. L’objectif du présent projet est d’étudier l’interaction entre ces pathogènes. Les deux lignées cellulaires permissives au VSRRP utilisées sont les cellules « St-Jude porcine lung » (SJPL) et MARC-145. Les cellules ont été pré-infectées avec le VSRRP, puis infectées avec A. pleuropneumoniae. Un dosage de la lactate déshydrogénase a montré qu’une co-infection VSRRP-A. pleuropneumoniae comparée à une infection simple augmente significativement la cytotoxicité. Dans les mêmes conditions expérimentales, une pré-infection virale ne semble pas affecter l’adhérence d’A. pleuropneumoniae aux cellules. À l’aide de tests ELISA, il a été possible de démontrer la production d’IL-8 et d’INF-γ lorsqu’il y a infection des cellules. Pour ce qui est du TNF-α, d’IL-6 et d’IL-10, ces cytokines ne sont pas détectées en présence des pathogènes étudiés. Des expériences de pré-infection bactérienne suivie d’infection virale ont également été réalisées. Il a été démontré que la pré-infection avec A. pleuropneumoniae diminuait la réplication du VSRRP chez la lignée cellulaire SJPL, mais cela n’est pas observé avec la lignée cellulaire MARC-145. Les résultats préliminaires ont démontré que cette diminution de la réplication serait causée par une molécule de faible poids moléculaire sécrétée dans le surnageant bactérien et celle-ci serait résistante à la chaleur. Les lignées cellulaires SJPL et MARC-145 représentent de bons modèles pour l’étude des infections mixtes des voies respiratoires du porc.

Interaction entre le virus SRRP et Actinobacillus pleuropneumoniae dans un modèle d'infection en culture cellulaire

Le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (VSRRP) est un pathogène d’importance dans l’industrie porcine et est responsable d’importantes pertes économiques. Il n’existe pas d’antiviral efficace contre celui-ci. Il a récemment été mis en évidence que le surnageant de culture d’Actinobacillus pleuropneumoniae, l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine, possédait une activité antivirale in vitro contre le VSRRP dans la lignée cellulaire SJPL. Les objectifs de mon projet sont (i) d’étudier les mécanismes cellulaires menant à l’activité antivirale causée par le surnageant de culture d’A. pleuropneumoniae, et (ii) de caractériser les molécules actives présentes dans le surnageant de culture d’A. pleuropneumoniae. Dans un premier temps, des analyses de protéome ont été effectuées et ont permis d’observer que le surnageant de culture modulait la régulation du cycle cellulaire. Dans le but d’analyser le cycle cellulaire des cellules SJPL, la cytométrie en flux a été utilisée et a permis de démontrer que le surnageant de culture induisait un arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M. Deux inhibiteurs de la phase G2/M ont alors été utilisé. Il s'est avéré que ces inhibiteurs avaient la capacité d’inhiber le VSRRP dans les cellules SJPL. Enfin, la spectrométrie de masse a été utilisée dans le but de caractériser les molécules actives présentes dans le surnageant de culture d’A. pleuropneumoniae et d’identifier deux molécules. Ce projet a permis de démontrer pour la première fois qu’A. pleuropneumoniae est capable de perturber le cycle cellulaire et que ce dernier était un élément important dans l’effet antiviral contre le VSRRP.

Actinobacillus pleuropneumoniae Possesses an Antiviral Activity against Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus

Pigs are often colonized by more than one bacterial and/or viral species during respiratory tract infections. This phenomenon is known as the porcine respiratory disease complex (PRDC). Actinobacillus pleuropneumoniae (App) and porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) are pathogens that are frequently involved in PRDC. The main objective of this project was to study the in vitro interactions between these two pathogens and the host cells in the context of mixed infections. To fulfill this objective, PRRSV permissive cell lines such as MARC-145, SJPL, and porcine alveolar macrophages (PAM) were used. A pre-infection with PRRSV was performed at 0.5 multiplicity of infection (MOI) followed by an infection with App at 10 MOI. Bacterial adherence and cell death were compared. Results showed that PRRSV preinfection did not affect bacterial adherence to the cells. PRRSV and App co-infection produced an additive cytotoxicity effect. Interestingly, a pre-infection of SJPL and PAM cells with App blocked completely PRRSV infection. Incubation of SJPL and PAM cells with an App cell-free culture supernatant is also sufficient to significantly block PRRSV infection. This antiviral activity is not due to LPS but rather by small molecular weight, heat-resistant App metabolites (,1 kDa). The antiviral activity was also observed in SJPL cells infected with swine influenza virus but to a much lower extent compared to PRRSV. More importantly, the PRRSV antiviral activity of App was also seen with PAM, the cells targeted by the virus in vivo during infection in pigs. The antiviral activity might be due, at least in part, to the production of interferon c. The use of in vitro experimental models to study viral and bacterial co-infections will lead to a better understanding of the interactions between pathogens and their host cells, and could allow the development of novel prophylactic and therapeutic tools.

Identification of a new cell line permissive to porcine reproductive and respiratory syndrome virus infection and replication which is phenotypically distinct from MARC-145 cell line

Background Airborne transmitted pathogens, such as porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV), need to interact with host cells of the respiratory tract in order to be able to enter and disseminate in the host organism. Pulmonary alveolar macrophages (PAM) and MA104 derived monkey kidney MARC-145 cells are known to be permissive to PRRSV infection and replication and are the most studied cells in the literature. More recently, new cell lines developed to study PRRSV have been genetically modified to make them permissive to the virus. The SJPL cell line origin was initially reported to be epithelial cells of the respiratory tract of swine. Thus, the goal of this study was to determine if SJPL cells could support PRRSV infection and replication in vitro. Results The SJPL cell growth was significantly slower than MARC-145 cell growth. The SJPL cells were found to express the CD151 protein but not the CD163 and neither the sialoadhesin PRRSV receptors. During the course of the present study, the SJPL cells have been reported to be of monkey origin. Nevertheless, SJPL cells were found to be permissive to PRRSV infection and replication even if the development of the cytopathic effect was delayed compared to PRRSV-infected MARC-145 cells. Following PRRSV replication, the amount of infectious viral particles produced in SJPL and MARC-145 infected cells was similar. The SJPL cells allowed the replication of several PRRSV North American strains and were almost efficient as MARC-145 cells for virus isolation. Interestingly, PRRSV is 8 to 16 times more sensitive to IFNα antiviral effect in SJPL cell in comparison to that in MARC-145 cells. PRRSV induced an increase in IFNβ mRNA and no up regulation of IFNα mRNA in both infected cell types. In addition, PRRSV induced an up regulation of IFNγ and TNF-α mRNAs only in infected MARC-145 cells. Conclusions In conclusion, the SJPL cells are permissive to PRRSV. In addition, they are phenotypically different from MARC-145 cells and are an additional tool that could be used to study PRRSV pathogenesis mechanisms in vitro.